JP2006349008A - 潤滑油サンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間運転が可能な改良型ウエットサンプ方式の潤滑油サンプ装置を提供する。
【解決手段】本装置は、機関４に潤滑油を供給する潤滑油ポンプ５と、潤滑油ポンプ５による潤滑油の循環量に相当する量の潤滑油を保有するオイルパン３と、外部に設置した潤滑油サンプタンク８と、オイルパン３に設定されてオーバフローした潤滑油を自重により潤滑油オイルタンクに戻すオーバフロー管１０と、潤滑油サンプタンク８内の潤滑油をオイルパン３に補給する補給ポンプ１１を有する。補給ポンプは機関運転中は連続運転され、オーバーフローした潤滑油はサンプタンク８に戻り、潤滑油のレベルが低くなると補給ポンプにより潤滑油が補給され、必要な量の潤滑油が常に安定して機関に確保される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエットサンプ方式の潤滑油サンプ装置の改良に関するものである。

内燃機関における潤滑油サンプシステムとしては、大別してドライサンプ方式とウエットサンプ方式の２通りの方式が知られている。

ドライサンプ方式は図３に示すように、潤滑油サンプタンク５０に長時間運転分の潤滑油を保有しているシステムで、機関５１の運転時にはサンプタンク５０内の潤滑油を逆止弁５２を通じて潤滑油ポンプ５３で吸入し、潤滑油冷却器５４を経て機関５１の各部に注油した後、潤滑油は大気解放されて機関５１の下部のオイルパン５５に集る。オイルパン５５の潤滑油は、自重により潤滑油戻り管５６を伝って前記潤滑油サンプタンク５０内に戻される。したがってこのドライサンプ方式では、機関５１の停止中はオイルパン５５には潤滑油は保有されておらず、オイルパン５５は単なる油受けとしての機能のみを受持つ。

これに対し、ウエットサンプ方式では、図４に示すように、前記ドライサンプ方式のオイルパン５５を多少容量の大きいものとし、オイルパンに潤滑油ポンプ５３の潤滑量を賄う潤滑量を保有させる方式であり、運転時間が限定される非常用機関などに採用されるシステムであり、したがって機関以外に循環する潤滑油を保有するタンクを持たない。

但し、オイルパンに保有できる潤滑油量は限られており、非常用の機関であっても長時間の運転を継続する要求がある場合には、外部からオイルパン５５に潤滑油を補給する必要がある。その補給システムは、同図４に示すように、オイルパン５５の油量をフロート式液面計６０で計量し、その油量レベルが設定レベル以下になったなら、別に設置した補給タンク６１内の潤滑油を補給ポンプ６２の自動運転により補給する制御システムが採用されていた。

しかしながら、以上のいずれの方式にも次に述べるような技術的課題があった。
まずドライサンプ方式では、
（１）サンプタンク５０の設置位置に関しては、オイルパン５５から潤滑油ポンプ５３の潤滑量を自重でサンプタンク５０に戻せるだけの落差が必要であり、かつ潤滑油ポンプ５３の吸込み能力レベル以内に設置する必要があり、機器の配置設計上サンプタンク５０の設置位置に制約がある。
（２）潤滑油ポンプ５３の循環量は、機関の形式出力により、多少の差異はあるものの、例えば５０００ＫＷクラス機関では、１２０ｍ³ ／ｈの循環量が必要であり、この循環量を自重でオイルパンからサンプタンク５０まで戻すためには、２５０Ａ（内径２５０ｍｍ）程度の鋼管を必要とし、またサンプタンク５０から潤滑油ポンプ５３で潤滑油を吸上げる能力を考慮すると、近接した位置にサンプタンク５０を配置した場合でも１５０Ａ（内径１５０ｍｍ）程度の吸入管及び該吸入管にセットされる逆止弁などの配管設備が必要となる。

またウエットサンプ方式では、
（１）長時間運転を可能にするために補給タンク６１を設置する場合、オイルパン５５の油面レベルを監視するために前述のごとく液面計６０が必要であり、設定レベル以下になったら補給ポンプ６２を自動運転させるための制御システムが必要である。
（２）オイルパン５５の油面レベルは機関運転による変化が大きく、特に停止している機関５１が起動する過渡状態では、機関の潤滑油流路に保有される潤滑油の容積が一時的にオイルパン内の油面レベルを大きく低下させる現象が生じ、逆に機関停止時にはこの逆の現象でオイルパン内の油量が大きく上昇するため、液面計６０によるレベル制御が複雑となっていた。

本発明は以上の課題を解決するためになされたものであって、簡単な構成及び制御により長時間運転を可能としたウエットサンプ方式を改良した潤滑油サンプ装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため、請求項１に記載された潤滑油サンプ装置は、
機関に潤滑油を供給する潤滑油サンプ装置において、
前記機関に潤滑油を供給する潤滑油ポンプと、
前記潤滑油ポンプによる潤滑油の循環量に相当する量の潤滑油を保有可能なオイルパンと、
前記機関の外部に設けられて前記オイルパンに補給される潤滑油を保有する潤滑油サンプタンクと、
前記オイルパンに設定された所定レベルを超えて前記オイルパンの外にオーバフローした潤滑油を自重により前記潤滑油オイルタンクに戻すオーバフロー管と、
前記潤滑油サンプタンク内の潤滑油を前記オイルパンに補給する補給ポンプと、
を有している。

請求項２に記載された潤滑油サンプ装置は、請求項１に記載された潤滑油サンプ装置において、
前記所定レベルは、停止時の油面変化上昇レベルと起動時の油面変化下降レベルとの間に設定されていることを特徴としている。

請求項３に記載された潤滑油サンプ装置は、請求項１又は２に記載された潤滑油サンプ装置において、
前記補給ポンプは、前記機関の起動後、前記オイルパンの潤滑油レベルが安定してから運転を開始し、その後機関の運転中は連続して運転されることを特徴としている。

請求項１の発明では、ウエットサンプ方式のオイルパンにおいて、オーバフロー管によってオイルパン内の潤滑油量は一定レベルに保持される。連続運転時に補給する潤滑油量は微小であるため、補給ポンプは小容量でよく、常にオーバフローレベルを保つような運転状態でポンプを駆動することができる。

請求項２の発明では、機関の稼働停止時などの過渡期間を除いてオイルパン内の潤滑油のレベルを常時安定したレベルとすることができる。

請求項３の発明では、機関起動時などの過渡期において油量レベルが大きく下降変動した時点でなく安定した時点から補給ポンプの連続運転を行えば、運転中は常時一定した供給量で潤滑油を供給でき、かつ多少供給過剰であったとしてもオーバフローレベルを越えて供給される潤滑油はオーバフロー管を通じてサンプタンク内に戻されるので、レベル変動に応じた制御の必要がなく、従来のウエットサンプ方式に比べて潤滑油システムの信頼性が格段に高いものとなる。

以下、本発明の最良の実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る潤滑油サンプ装置を含む潤滑油循環系を示す説明図、図２は同オイルパンの潤滑油レベルを示す説明図である。

図１において、機器設置床面１に設置された据付けベース２の上には、機関４が設置されている。機関４の内底部には、ウエットサンプ式オイルパンと基本構造が同一のオイルパン３が設置されている。オイルパン３には潤滑油ポンプ５が接続されており、オイルパン３内の潤滑油は、潤滑油ポンプ５によって潤滑油冷却器６を通じて機関４の各部に供給され、その後、大気解放されて元のオイルパン３内に循環されるようになっている。

また、前記機関４の近傍において、機器設置床面１上には据付けベース７を介してサンプタンク８が設置されている。サンプタンク８の天端と、オイルパン３の底面との間には、所定の落差ｈが設定されており、前記オイルパン３内に設定したオーバーフローレベルの設定位置に配置された漏斗状の集油管９の下部に一端接続されたオーバフロー管１０をサンプタンク８に連通させ、オイルパン３内の油量がオーバフローレベルを超えたならば集油管９及びオーバフロー管１０を通じてその落差ｈに応じてサンプタンク８内に戻されるようになっている。

さらに、このサンプタンク８には補給ポンプ１１が接続され、前記オイルパン３内にサンプタンク８内の潤滑油を供給するようになっている。

前記補給ポンプ１１の機能は、オイルパン３内の油量レベルがオーバフローレベルより下がらないように常時潤滑油を補給し続けるものであり、したがって、この補給ポンプ１１は小容量のもので良く、前記オーバフロー管１０による戻り量より少ない給油量とすることで、常時集油管９内に少量ずつ溢流した状態でオーバフローレベルをほぼ一定に保持するようになっている。

なお、前記機関４の停止状態から運転開始時への過渡期においては、潤滑油レベルが一度に下降するが、定常運転状態となると、ほぼ元のレベルに戻って安定するため、運転開始時から、所定時間遅れで、補給ポンプ１１の駆動を開始し、その後機関駆動中は定常運転し、かつ機関４の停止と同時に停止する。停止時には一時的にレベルが上昇するが、オーバフロー分は、集油管９からサンプタンク８内に戻され、やがてその上昇分も収るものとなる。

図２は前記オイルパン３の油面レベルを示すもので、集油管９より相当低位置のレベルを下限レベルＨ１、集油管９の下部側を起動時油面変化下降レベルＨ２、集油管９の上面開口と同一位置をオーバーフローレベルＨ３、集油管９の上面より僅かに上がった位置を停止時油面変化上昇レベルＨ４、さらにオイルパン３の相当高い位置を上限レベルＨ５に設定している。

このうちの下限レベルＨ１をした回った状態は明らかに潤滑油不足であり、また上限レベルＨ５を上回った場合には潤滑油過剰となるので、それぞれの状態に応じて必要な処置、例えば不足ならば潤滑油を補充し、過剰ならば適正レベルまで潤滑油を抜取るなどの作業を行えば良い。

またその中間の各レベルＨ２〜Ｈ４はいずれも予測可能な範囲であり、いずれも正常な油面上下として判断される。

以上説明した本例の潤滑油サンプ装置によれば、一般産業用に施設する往復動ディーゼル機関又はガス機関の潤滑油サンプシステムとして利用した場合には、特に次のような効果が得られる。
(1) 従来のドライサンプ式を採用する場合に必要とされていた潤滑油サンプタンクの設置位置についての制約が無くなる。
(2) 従来のドライサンプ式を採用する場合に必要とされていた大口径の潤滑油吸入管と潤滑油戻り管が削減できる。
(3) 従来のウェットサンプ式におけるオイルパン液面計などのレベル監視が不要になる。
(4) 従来のウェットサンプ式のオイルパン液面計によるレベル制御が不要になる。

また、発電設備、原子力発電所などに設置する非常用ディーゼル発電設備の潤滑油サンプ装置として以上説明した本例の潤滑油サンプ装置を採用した場合には、前記一般産業用の設備に適用した場合に得られる効果のほか、原子力用設備に要求される耐震性、信頼性に関して特に次のような効果が得られる。
(1) 従来のドライサンプ式を採用する場合、潤滑油サンプタンクとの配管構成に必要な大口径の潤滑油吸入管と潤滑油戻り管は、機関の運転に必須の重要な機器配管設備として信頼性のある設備とする必要があり、更に、耐震Asクラスとして十分な据付け固定装置、配管支持装置などを設備する必要があるが、本例の潤滑油サンプ装置を採用した場合にはこれが削減される効果がある。

(2) 従来のドライサンプ式を採用する場合、機関待機中に逆止弁が効かなかった場合には潤滑油ポンプの吸入管が空になる可能性があり、機関起動時に潤滑油圧力の立ち上がりに支障が生じ、最悪の場合は、緊急起動した機関を圧力保護装置の動作で停止させる事態になりかねない。このように設備の機能に不安な要素があるが、本例の潤滑油サンプ装置を採用した場合には吸入管が削減されることでその可能性が無くなり、設備全体の信頼性が高くなる。

(3) 本例の潤滑油サンプ装置を採用した場合には、従来のウェットサンプ式を採用する場合に必要なオイルパン液面計などのレベル監視やレベル制御が不要になるため、非常用発電設備の潤滑油システムの信頼性が高くなる。
(4) 従来のウェットサンプ式を採用する場合に必要な補給タンクや、補給ポンプ、オーバーフロー管は原子力用として信頼性や耐震性が要求されるが、本例の潤滑油サンプ装置を採用した場合には、リスクとして追加されるのはオーバーフロー管だけであるが、この配管設備の機能喪失の確率は非常に小さく、従来のドライサンプ式を採用する場合や、自動補給システムを採用する従来のウェットサンプ式に比べて、潤滑油システムの信頼性は格段に高くなる。

以上説明したように、本発明は、従来のウェットサンプ方式を改良し、ウェットサンプ方式の潤滑油のレベル管理のための構造をオーバーフロー管を設置することでコンパクトで簡素なものとすることができた。本発明によれば、潤滑油サンプタンクの補給ポンプは機関運転中は連続運転されており、潤滑油がオーバーフローする場合はあふれた潤滑油をオーバーフロー管から外に抜き、潤滑油のレベルが低くなる場合はレベルを維持するために補給ポンプによって補給が行われる。このように、オーバーフロー管を設けて補給ポンプを連続運転するという簡単な構成及び制御により、必要な量の潤滑油を常に機関に安定して供給することができ、長時間運転が可能となった。

本発明に係る潤滑油サンプ装置を含む潤滑油循環供給系の示す説明図である。 同オイルパンの潤滑油レベルを示す説明図である。 従来のドライ方式における潤滑油循環供給系を示す説明図である。 従来のウエット方式における潤滑油循環供給系を示す説明図である。

符号の説明

３ オイルパン
４ 機関
５ 潤滑油ポンプ
Ｈ３ オーバフローレベル
８ サンプタンク
９ 集油管
１０ オーバフロー管
１１ 補給ポンプ

Claims (3)

1. 機関に潤滑油を供給する潤滑油サンプ装置において、
   前記機関に潤滑油を供給する潤滑油ポンプと、
   前記潤滑油ポンプによる潤滑油の循環量に相当する量の潤滑油を保有可能なオイルパンと、
   前記機関の外部に設けられて前記オイルパンに補給される潤滑油を保有する潤滑油サンプタンクと、
   前記オイルパンに設定された所定レベルを超えて前記オイルパンの外にオーバフローした潤滑油を自重により前記潤滑油オイルタンクに戻すオーバフロー管と、
   前記潤滑油サンプタンク内の潤滑油を前記オイルパンに補給する補給ポンプと、
   を有する潤滑油サンプ装置。
2. 前記所定レベルは、停止時の油面変化上昇レベルと起動時の油面変化下降レベルとの間に設定されていることを特徴とする請求項１記載の潤滑油サンプ装置。
3. 前記補給ポンプは、前記機関の起動後、前記オイルパンの潤滑油レベルが安定してから運転を開始し、その後機関の運転中は連続して運転されることを特徴とする請求項１または２記載の潤滑油サンプ装置。

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